ציפויי עץ בריפוי UV: מענה על שאלות התעשייה

מאת לורנס (לארי) ואן איזגהם הוא נשיא/מנכ"ל של Van Technologies, Inc.

במהלך עשיית עסקים עם לקוחות תעשייתיים ברמה בינלאומית, ענינו על מספר עצום של שאלות וסיפקנו פתרונות רבים הקשורים לציפויים הניתנים לריפוי בקרינת UV. להלן כמה מהשאלות הנפוצות ביותר, והתשובות הנלוות עשויות לספק תובנות מועילות.

1. מהם ציפויים הניתנים לריפוי בקרינת UV?

בתעשיית גימור העץ, ישנם שלושה סוגים עיקריים של ציפויים הניתנים לריפוי בקרינת UV.

ציפויים פעילים ב-100% (לפעמים מכונים 100% מוצקים) בריפוי UV הם הרכבים כימיים נוזליים שאינם מכילים ממס או מים. לאחר היישום, הציפוי נחשף מיד לאנרגיית UV ללא צורך להתייבש או להתאדות לפני הייבוש. הרכב הציפוי המיוושם מגיב ליצירת שכבת פני שטח מוצקה באמצעות התהליך הריאקטיבי שתואר ומוגדר כפוטופולימריזציה. מכיוון שאין צורך באידוי לפני הייבוש, תהליך היישום והייבוש יעילים וחסכוניים להפליא.

ציפויים היברידיים הניתנים לריפוי UV, על בסיס מים או ממס, מכילים כמובן מים או ממס כדי להפחית את התכולה הפעילה (או המוצקה). הפחתה זו בתכולה המוצקה מאפשרת שליטה רבה יותר בעובי השכבה הרטובה המיושמת, ו/או בשליטה על צמיגות הציפוי. בשימוש, ציפויי UV אלה מיושמים על משטחי עץ במגוון שיטות ויש להתייבש לחלוטין לפני הייבוש ב-UV.

ציפויי אבקה הניתנים לריפוי בקרינת UV הם גם הם תרכובות מוצקות ב-100% ובדרך כלל מיושמים על מצעים מוליכים באמצעות משיכה אלקטרוסטטית. לאחר היישום, המצע מחומם כדי להמיס את האבקה, אשר זורמת החוצה ויוצרת שכבת פני שטח. לאחר מכן ניתן לחשוף את המצע המצופה באופן מיידי לאנרגיית UV כדי להקל על הייבוש. שכבת פני השטח המתקבלת אינה ניתנת לעיוות חום או רגישה עוד.

קיימות גרסאות שונות של ציפויים אלו, הניתנים לריפוי באמצעות קרינת UV, המכילות מנגנון ריפוי משני (מופעל בחום, מגיב ללחות וכו') שיכול לספק ריפוי באזורי שטח שאינם חשופים לאנרגיית UV. ציפויים אלה מכונים בדרך כלל ציפויים בעלי ריפוי כפול.

ללא קשר לסוג הציפוי הניתן לריפוי UV בו נעשה שימוש, גימור או שכבת המשטח הסופיים מספקים תכונות איכות, עמידות ועמידות יוצאות דופן.

2. עד כמה ציפויים הניתנים לריפוי בקרינת UV דבקים במיני עץ שונים, כולל סוגי עץ שמנוני?

ציפויים הניתנים לריפוי בקרינת UV מציגים הידבקות מצוינת לרוב סוגי העץ. חשוב לוודא שקיימים תנאי ריפוי מספיקים כדי לספק ריפוי מלא והידבקות מתאימה למצע.

ישנם מינים מסוימים שהם באופן טבעי שמנוניים מאוד ועשויים לדרוש מריחת צבע יסוד המקדם הידבקות, או "tiecoat". חברת Van Technologies ביצעה מחקר ופיתוח רבים בנושא הידבקות של ציפויים הניתנים לריפוי UV למיני עץ אלה. פיתוחים אחרונים כוללים חומר איטום יחיד הניתן לריפוי UV המונע משמנים, מלח וזפת להפריע להידבקות של שכבת הציפוי העליונה הניתנת לריפוי UV.

לחלופין, ניתן להסיר את השמן הקיים על פני העץ ממש לפני מריחת הציפוי על ידי ניגוב עם אצטון או ממס מתאים אחר. מטלית סופגת נטולת סיבים נרטבת תחילה בממס ולאחר מכן נגבת על פני העץ. נותנים למשטח להתייבש ולאחר מכן ניתן למרוח את הציפוי הניתן לריפוי בקרינת UV. הסרת שמן פני השטח ומזהמים אחרים מקדמת הידבקות נוספת של הציפוי המיושמים למשטח העץ.

3. אילו סוגי צבעים תואמים לציפויי UV?

כל אחד מהצבעים המתוארים כאן ניתן לאטום ביעילות ולציפוי עליון עם מערכות אבקה הניתנות לריפוי ב-UV ב-100%, הניתנות לריפוי ב-UV מופחת בממס, הניתנות לריפוי ב-UV על בסיס מים, או הניתנות לריפוי ב-UV. לכן, ישנם מספר שילובים ברי-קיימא שהופכים את כמעט כל צבע בשוק למתאים לכל ציפוי הניתן לריפוי ב-UV. עם זאת, ישנם שיקולים מסוימים שחשוב לקחת בחשבון כדי להבטיח תאימות לגימור משטח עץ איכותי.

צבעי מים וצבעי מים הניתנים לריפוי בקרינת UV:בעת יישום חומרי איטום/שכבות טופ באבקה הניתנים לריפוי ב-UV ב-100%, הניתנים לריפוי ב-UV מופחת בממס או הניתנים לריפוי ב-UV על פני צבעי מים, חיוני שהצבע יבש לחלוטין כדי למנוע פגמים באחידות הציפוי, כולל קליפת תפוז, עיניים דגות, היווצרות מכתשים, שלוליות ופגמים. פגמים כאלה מתרחשים עקב מתח פנים נמוך של הציפויים המיושמים ביחס למתח פנים גבוה שיורי של המים מהצבע המיושמים.

עם זאת, יישום ציפוי מים הניתן לריפוי בקרינת UV הוא בדרך כלל סלחני יותר. הצבע המיושמים עשוי להפגין לחות ללא תופעות לוואי בעת שימוש בחומרי איטום/שכבת קצה מסוימים הניתנים לריפוי בקרינת UV במים. לחות או מים שיוריים מיישום הצבע יתפזרו בקלות דרך חומר האיטום/שכבת הקצה המיושמים בקרינת UV במהלך תהליך הייבוש. עם זאת, מומלץ מאוד לבדוק כל שילוב של צבע וחומר איטום/שכבת קצה על דגימה מייצגת לפני ביצוע הגימור בפועל.

כתמים על בסיס שמן וכתמים המגיעים ממסים:למרות שייתכן שקיימת מערכת שניתן ליישם על כתמים על בסיס שמן או על בסיס ממס שלא יבשו כראוי, בדרך כלל יש צורך, ומומלץ מאוד, לייבש לחלוטין כתמים אלה לפני מריחת כל חומר איטום/שכבת עליון. כתמים ייבוש איטי מסוגים אלה עשויים לדרוש עד 24 עד 48 שעות (או יותר) כדי להשיג יובש מלא. שוב, מומלץ לבדוק את המערכת על משטח עץ מייצג.

כתמים בריפוי UV ב-100%:באופן כללי, ציפויים בריפוי UV של 100% מפגינים עמידות גבוהה בפני כימיקלים ומים לאחר ייבוש מלא. עמידות זו מקשה על ציפויים המיושמים לאחר מכן להידבק היטב אלא אם כן המשטח הבסיסי שעבר ריפוי UV משוחק כראוי כדי לאפשר הדבקה מכנית. למרות שמוצעים צבעים בריפוי UV של 100% שתוכננו להיות פתוחים לציפויים המיושמים לאחר מכן, רוב הצבעים בריפוי UV של 100% צריכים לעבור שיוף או ייבוש חלקי (הנקרא שלב "B" או ריפוי גבשושית) כדי לקדם הידבקות בין השכבות. שלב "B" גורם ליצירת אתרים ריאקטיביים שיוריים בשכבת הצבע אשר יגיבו יחד עם הציפוי המיושמים בריפוי UV כאשר הוא נתון לתנאי ייבוש מלאים. שלב "B" מאפשר גם שיוף קל כדי למנוע או לחתוך כל התרוממות גרעינים שעלולות להתרחש מיישום צבע. יישום חלק של איטום או שכבת עליונה יביא להידבקות מעולה בין השכבות.

דאגה נוספת בנוגע לצבעים הניתנים לריפוי ב-UV ב-100% נוגעת לצבעים כהים יותר. צבעים בעלי פיגמנט רב (וציפויים פיגמנטיים באופן כללי) מתפקדים טוב יותר בעת שימוש במנורות UV המספקות אנרגיה הקרובה יותר לספקטרום האור הנראה. מנורות UV קונבנציונליות מסוממות בגליום בשילוב עם מנורות כספית סטנדרטיות הן בחירה מצוינת. מנורות LED UV הפולטות 395 ננומטר ו/או 405 ננומטר מתפקדות טוב יותר עם מערכות פיגמנטיות בהשוואה למערכים של 365 ננומטר ו-385 ננומטר. יתר על כן, מערכות מנורות UV המספקות עוצמת UV גדולה יותר (mW/cm²) וצפיפות אנרגיה (mJ/cm²) מקדמים ייבוש טוב יותר באמצעות הצבע המוחל או שכבת הציפוי הפיגמנטית.

לבסוף, כמו עם מערכות הצביעה האחרות שהוזכרו לעיל, מומלץ לבצע בדיקה לפני העבודה עם המשטח עצמו המיועד לצביעה ולגימור. יש לוודא זאת לפני הייבוש!

4. מהי רמת הבנייה המקסימלית/מינימלית של שכבת הציפוי עבור ציפויים בעלי 100% UV?

ציפויי אבקה הניתנים לריפוי בקרינת UV הם מבחינה טכנית ציפויים הניתנים לריפוי בקרינת UV לחלוטין, ועובים המיושמים מוגבל על ידי כוחות המשיכה האלקטרוסטטיים הקושרים את האבקה למשטח המיועד לגימור. עדיף להתייעץ עם יצרן ציפויי האבקה ה-UV.

לגבי ציפויים נוזליים הניתנים לריפוי ב-UV ב-100%, עובי השכבה הרטובה המיושם יביא לעובי שכבה יבשה זהה בערך לאחר ריפוי ב-UV. הצטמקות מסוימת היא בלתי נמנעת אך בדרך כלל היא בעלת משמעות מינימלית. עם זאת, ישנם יישומים טכניים ביותר המציינים סבילות צרות מאוד לעובי שכבה. בנסיבות אלה, ניתן לבצע מדידה ישירה של שכבת הריפוי כדי לקשר בין עובי שכבה רטובה לייבוש.

עובי הריפוי הסופי שניתן להשיג יהיה תלוי בכימיה של הציפוי הניתן לריפוי ב-UV ובאופן הניסוח שלו. קיימות מערכות זמינות המתוכננות לספק שכבות דקות מאוד בין 0.2 מיל ל-0.5 מיל (5 מיקרו - 15 מיקרו) ואחרות שיכולות לספק עובי של יותר מ-0.5 אינץ' (12 מ"מ). בדרך כלל, ציפויים ריפוי ב-UV בעלי צפיפות צולבת גבוהה, כגון ניסוחים מסוימים של אוריתן אקרילט, אינם מסוגלים לעובי שכבה גבוה בשכבה אחת. מידת ההתכווצות לאחר הריפוי תגרום לסדקים חמורים של הציפוי המיושמים בעובי. ניתן להשיג עובי גימור גבוה באמצעות ציפויים ריפוי ב-UV בעלי צפיפות צולבת גבוהה על ידי מריחת שכבות דקות מרובות ושיוף ו/או שלבי "B" בין כל שכבה כדי לקדם הידבקות בין השכבות.

מנגנון הריפוי הריאקטיבי של רוב הציפויים הניתנים לריפוי בקרינת UV נקרא "מופעל על ידי רדיקלים חופשיים". מנגנון ריפוי ריאקטיבי זה רגיש לחמצן באוויר, אשר מאט או מעכב את מהירות הריפוי. האטה זו מכונה לעתים קרובות עיכוב חמצן והיא חשובה ביותר כאשר מנסים להשיג עובי שכבה דקה מאוד. בשכבות דקות, שטח הפנים ביחס לנפח הכולל של הציפוי המיושמים גבוה יחסית בהשוואה לעובי שכבה עבה. לכן, עובי שכבה דקה רגיש הרבה יותר לעיכוב חמצן ומתקשות לאט מאוד. לעתים קרובות, פני השטח של הגימור נשארים לא מתוקים כראוי ומציגים תחושה שמנונית/שומנית. כדי לנטרל עיכוב חמצן, ניתן להעביר גזים אינרטיים כמו חנקן ופחמן דו-חמצני על פני השטח במהלך הייבוש כדי להסיר את ריכוז החמצן, ובכך לאפשר ייבוש מלא ומהיר.

5. כמה שקוף ציפוי UV שקוף?

ציפויים בעלי ריפוי UV של 100% יכולים להציג ניקיון מעולה ולהתחרות בציפויים השקופים הטובים ביותר בתעשייה. בנוסף, כאשר הם מיושמים על עץ, הם מביאים ליופי ועומק מקסימליים של התמונה. מעניינות במיוחד הן מערכות אקרילט אוריתן אליפטיות שונות שהן שקופות להפליא וחסרות צבע כאשר מיושמות על מגוון רחב של משטחים, כולל עץ. יתר על כן, ציפויי אקרילט פוליאוריטן אליפטיות יציבים מאוד ועמידים בפני שינוי צבע עם הגיל. חשוב לציין שציפויים בעלי ברק נמוך מפזרים אור הרבה יותר מציפויים מבריקים ולכן יהיו בעלי ניקיון נמוך יותר. לעומת זאת, בהשוואה לכימיקלים אחרים של ציפוי, ציפויים בעלי ריפוי UV של 100% שווים, אם לא טובים יותר.

ציפויים בריפוי UV על בסיס מים הזמינים כיום ניתנים לניסוח כך שיספקו ניקיון, חום עץ ותגובת צבע יוצאי דופן שיתחרו במערכות הגימור הקונבנציונליות הטובות ביותר. ניקיון, ברק, תגובת עץ ותכונות פונקציונליות אחרות של ציפויים בריפוי UV הזמינים כיום בשוק מצוינים כאשר הם מגיעים מיצרנים איכותיים.

6. האם קיימים ציפויים צבעוניים או פיגמנטיים הניתנים לריפוי בקרינת UV?

כן, ציפויים צבעוניים או פיגמנטיים זמינים בקלות בכל סוגי הציפויים הניתנים לריפוי בקרינת UV, אך ישנם גורמים שיש לקחת בחשבון לקבלת תוצאות אופטימליות. הגורם הראשון והחשוב ביותר הוא העובדה שצבעים מסוימים מפריעים ליכולתה של אנרגיית UV לעבור אל תוך הציפוי הניתן לריפוי בקרינת UV, או לחדור אליו. הספקטרום האלקטרומגנטי מודגם בתמונה 1, וניתן לראות שספקטרום האור הנראה צמוד ישירות לספקטרום ה-UV. הספקטרום הוא רצף ללא קווי גל ברורים. לכן, אזור אחד מתמזג בהדרגה עם אזור סמוך. בהתחשב באזור האור הנראה, ישנן טענות מדעיות שהוא משתרע בין 400 ננומטר ל-780 ננומטר, בעוד שטענות אחרות קובעות שהוא משתרע בין 350 ננומטר ל-800 ננומטר. לדיון זה, חשוב רק שנכיר בכך שצבעים מסוימים יכולים לחסום ביעילות את העברת אורכי גל מסוימים של קרינת UV או קרינה.

מכיוון שהמוקד הוא על אורך הגל של האור הנראה או אזור הקרינה, בואו נחקור אזור זה ביתר פירוט. תמונה 2 מציגה את הקשר בין אורך הגל של האור הנראה לבין הצבע המתאים היעיל בחסימתו. חשוב גם לדעת שחומרי צבע בדרך כלל משתרעים על פני טווח של אורכי גל כך שחומר צבע אדום עשוי להשתרע על פני טווח ניכר כך שהוא עשוי להיספג חלקית באזור ה-UVA. לכן, הצבעים המדאיגים ביותר יכסו את הטווח הצהוב-כתום-אדום וצבעים אלה עלולים להפריע לייבוש יעיל.

לא רק שחומרי צבע מפריעים לתהליך הייבוש בקרינת UV, הם גם מהווים שיקול חשוב בעת שימוש בציפויים פיגמנטיים לבנים, כגון צבעי יסוד הניתנים לריפוי בקרינת UV וצבעי שכבה עליונה. יש לקחת בחשבון את ספקטרום הספיגה של הפיגמנט הלבן טיטניום דיאוקסיד (TiO2), כפי שמוצג בתמונה 3. TiO2 מפגין ספיגה חזקה מאוד בכל אזור ה-UV, ובכל זאת, ציפויים לבנים הניתנים לריפוי בקרינת UV מתרפאים ביעילות. כיצד? התשובה טמונה בניסוח קפדני על ידי מפתח הציפוי ויצרן הציפוי, תוך שימוש במנורות UV מתאימות לייבוש. מנורות ה-UV הקונבנציונליות הנפוצות הנמצאות בשימוש פולטות אנרגיה כפי שמודגם בתמונה 4.

כל מנורה המוצגת באיור מבוססת על כספית, אך על ידי סימום הכספית עם יסוד מתכתי אחר, הפליטה יכולה לעבור לאזורי אורכי גל אחרים. במקרה של ציפויים לבנים מבוססי TiO2, הניתנים לריפוי בקרינת UV, האנרגיה המסופקת על ידי מנורת כספית סטנדרטית תיחסם ביעילות. חלק מאורכי הגל הגבוהים יותר המסופקים יכולים לספק ריפוי, אך משך הזמן הנדרש לריפוי מלא עשוי להיות לא מעשי. עם זאת, על ידי סימום מנורת כספית בגליום, יש שפע של אנרגיה שימושית באזור שאינו חסום ביעילות על ידי TiO2. ניתן להשיג שימוש בשילוב של שני סוגי המנורות, הן באמצעות ריפוי (באמצעות סימום גליום) והן ריפוי פני השטח (באמצעות כספית סטנדרטית) (תמונה 5).

לבסוף, יש לנסח ציפויים צבעוניים או פיגמנטיים הניתנים לריפוי באמצעות UV באמצעות פוטו-איניציטורים אופטימליים, כך שאנרגיית ה-UV - טווח אורכי הגל של האור הנראה המועבר על ידי המנורות - ינוצל כראוי לצורך ריפוי יעיל.

שאלות נוספות?

בכל שאלה שמתעוררת, אל תהססו לפנות לספק הנוכחי או העתידי של ציפויים, ציוד ומערכות בקרת תהליכים של החברה. תשובות טובות זמינות שיעזרו לכם לקבל החלטות יעילות, בטוחות ורווחיות.

לורנס (לארי) ואן איזגהם הוא נשיא/מנכ"ל Van Technologies, Inc. לחברת Van Technologies ניסיון של למעלה מ-30 שנה בציפויים הניתנים לריפוי בקרינת UV, החלה כחברת מחקר ופיתוח אך הפכה במהירות ליצרנית של Application Specific Advanced Coatings™ המשרתת מתקני ציפוי תעשייתיים ברחבי העולם. ציפויים הניתנים לריפוי בקרינת UV תמיד היו מוקד עיקרי, יחד עם טכנולוגיות ציפוי "ירוקות" אחרות, עם דגש על ביצועים השווים או עולים על טכנולוגיות קונבנציונליות. Van Technologies מייצרת את המותג GreenLight Coatings™ של ציפויים תעשייתיים בהתאם למערכת ניהול איכות מוסמכת ISO-9001:2015. למידע נוסף, בקרו באתרwww.greenlightcoatings.com.